CN103386487A

CN103386487A - 一种碳化物强化钼合金的制备方法

Info

Publication number: CN103386487A
Application number: CN2013103592660A
Authority: CN
Inventors: 都业志
Original assignee: SUZHOU IMOTECH MATERIALS TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SUZHOU IMOTECH MATERIALS TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-08-16
Filing date: 2013-08-16
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2033-08-16
Also published as: CN103386487B

Abstract

本发明公开了一种碳化物强化钼合金的制备方法，其操作步骤包括：a）在保护溶剂中，对碳化物粉末进行超声波分散，得到碳化物粉末分散液；b）将上述步骤a）得到的碳化物粉末分散液与钼粉混合，并去除保护溶剂，得到由碳化物粉末和钼粉组成的混合料；c）将上述步骤b）得到的混合料进行压制、烧结，得到碳化物强化钼合金；本发明有效改善了碳化物在钼粉中的分散均匀性，减少或避免碳化物在钼合金中的颗粒团聚现象，确保碳化物强化钼合金的相关性能。

Description

一种碳化物强化钼合金的制备方法

技术领域

本发明涉及一种钼合金制备方法，具体涉及一种碳化物强化钼合金的制备方法。

背景技术

已通过大量研究证实，相比纯钼，碳化物强化钼合金具有更高的强度和硬度。碳化物强化钼合金的性能是否优异主要取决于碳化物相的种类、含量和其在钼粉（基体）中的分散均匀性等特性参数，其中碳化物相在钼粉中的分散均匀性对于提高碳化物强化钼合金的相关性能至关重要，同时也是较难控制的特性参数。现有常规的碳化物强化钼合金的制备方法，一般是将碳化物初始原料直接与钼粉混合，然后经压制、烧结后得到碳化物强化钼合金，并通过严格控制碳化物相尺寸和延长碳化物和钼粉的混合时间，来改善碳化物在钼粉基体中的分散均匀性，避免碳化物发生团聚。但是由于作为钼粉强化相的碳化物初始原料的尺寸一般均为微米级，原料颗粒容易团聚在一起，不仅导致烧结过程中碳化物初始原料反应产生碳化物的效果较差，且容易导致高温烧结后得到的部分碳化物颗粒以团聚形式存在烧结后的碳化物强化钼合金中，进而导致后续对碳化物强化钼合金进行锻造、轧制或挤压等塑性变形工序过程中，团聚有碳化物颗粒的合金处极易产生裂纹和空洞缺陷，大大影响碳化物强化钼合金的相关性能，所以，现有用于改善碳化物相在钼粉中的分散均匀性的技术方案无法满足实际需求。

而目前关于碳化物强化钼合金公开的技术以及优化技术均很少，仅如公开号为CN1962910A的中国专利公开了一种强化钼合金的制备方法，该专利背景技术原文记载到：“合金原始粉的混合均采用固-固混料的方式，例如Ti、Zr以氢化物的形式加入，碳以碳黑的形式加入，由于添加物与钼粉的比重的差异较大，因此即使经过长时间的混料也很难混合均匀，导致强化相在钼基本中分布均匀、材料的性能下降。为了解决这些技术问题，该专利提出钼合金的强化相为TiC，其中的Ti是以TiO₂的形式加入，碳以碳黑的形式加入，利用高温下的碳对TiO₂的还原能力将TiO₂原位还原生成TiC的能有效提高钼中碳化物的含量，使强化钼合金具有高的高温强度和优异的高温耐磨损性能。由此亦可说明，在制造碳化物强化钼合金的过程中，碳化物相在钼粉基体中的分散均匀性是本技术领域的技术难点，该专利虽然通过改变碳化物的形成方式得到相对于现有技术更细小、均匀弥散分布性更好的TiC强化钼合金，但由于在制备过程中，仍然采用TiO₂、碳黑和钼粉直接混合的方式，同样存在如上所述的碳化物相发生团聚的技术问题。

因此，需要寻求一种碳化物强化钼合金的制备方法来改善碳化物相在钼粉中的分散均匀性，有效减少或减少或避免碳化物在钼合金中的颗粒团聚现象，进而影响碳化物强化钼合金的相关性能。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种碳化物强化钼合金的制备方法，有效改善碳化物在钼粉中的分散均匀性，减少或避免碳化物在钼合金中的颗粒团聚现象，确保碳化物强化钼合金的相关性能。

本申请人基于在碳化物强化钼合金领域的多年开发经验，以及结合所积累的专业知识，发现要实质提高碳化物相在钼粉基体中的分散均匀性，只要确保碳化物与钼粉混合前具备高分散性，同时采用碳化物和钼粉直接混合的方式即可实现，避免采用现有技术将制备碳化物初始原料直接与钼粉混合，并在高温烧结条件下碳化物初始原料反应形成碳化物相的方式，在此背景下，本申请人希望寻求一种方法得到高分散性的碳化物，该高分散性的碳化物与钼粉混合后，即可大大提高碳化物相在钼粉基体中的分散均匀性。

为了实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种碳化物强化钼合金的制备方法，其操作步骤包括：

a）、在保护溶剂中，对碳化物粉末进行超声波分散，得到碳化物粉末分散液；

b）、将上述步骤a）得到的碳化物粉末分散液与钼粉混合，并去除保护溶剂，得到由碳化物粉末和钼粉组成的混合料；

c）、将上述步骤b）得到的混合料进行压制、烧结，得到碳化物强化钼合金。

优选地，在所述的步骤a）进行前还包括：

a00）、在保护溶剂中，对初始碳化物粉末进行球磨处理，并去除保护溶剂后得到球磨碳化物粉末，所述的球磨碳化物粉末作为步骤a）所述的碳化物粉末。

优选地，所述的步骤a00）具体包括：

在保护溶剂中，以钢球为球磨介质，采用高能球磨机对初始碳化物粉末进行球磨处理，所述的球料比为10:1-30:1，并去除保护溶剂后得到球磨碳化物粉末，所述的球磨碳化物粉末作为步骤a）所述的碳化物粉末。

优选地，在所述的步骤a00）进行后和步骤a）进行前包括：

a01）、采用酸溶液对上述步骤a00）得到的球磨碳化物粉末进行除杂，并经过洗涤、干燥处理后，得到步骤a）所述的碳化物粉末。

优选地，所述的步骤a01）具体包括：

采用盐酸或硫酸溶液对球磨碳化物粉末进行酸洗除杂，并经过蒸馏水或去离子水反复洗涤，然后在80-200℃温度下干燥处理后，得到步骤a）所述的碳化物粉末。

优选地，步骤a）中所述的超声波分散时间为15-80min，步骤b）中所述的混合时间为1-10h，所述的碳化物粉末的平均粒径为0.1-1.5μm。

优选地，所述的混合料包括0.5-1.5wt%的碳化物粉末和98.5-99.5wt%的钼粉。

优选地，所述的碳化物粉末选自HfC、ZrC、TaC、TiC中的一种或几种的混合。

优选地，所述的保护溶剂为无水乙醇。

本发明采用超声波对碳化物进行分散处理，得到具有高分散性的碳化物粉末，将高分散性的碳化物粉末与钼粉进行混合得到分散均匀的混合料，然后将分散均匀的混合料进行压制、烧结，得到碳化物强化钼合金，本发明有效改善了碳化物在钼粉中的分散均匀性，减少或避免碳化物相在钼合金中的颗粒团聚现象，确保碳化物强化钼合金的相关性能，本发明技术方案简单，适合进行推广应用；进一步地，本发明在对碳化物粉末超声波分散处理之前，还对碳化物粉末进行球磨预处理，有效细化碳化物颗粒粒径的同时，进一步提高碳化物在钼粉中的分散均匀性，进而进一步有效减少或避免碳化物在钼合金中的颗粒团聚现象；此外，考虑到碳化物粉末在球磨时可能引入包括铁等金属杂质，本发明在进行超声波分散处理之前，还采用酸溶液对碳化物粉末进行除杂处理，确保碳化物粉末的纯净度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明具体实施例的碳化物强化钼合金的制备步骤框图。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种碳化物强化钼合金的制备方法，其操作步骤包括：

优选地，在步骤a）进行前还包括：

a00）、在保护溶剂中，对初始碳化物粉末进行球磨处理，并去除保护溶剂后得到球磨碳化物粉末，球磨碳化物粉末作为步骤a）碳化物粉末。进一步优选地，步骤a00）具体包括：在保护溶剂中，以钢球为球磨介质，采用高能球磨机对初始碳化物粉末进行球磨处理，球料比为10:1-30:1，并去除保护溶剂后得到球磨碳化物粉末，球磨碳化物粉末作为步骤a）碳化物粉末。

优选地，在步骤a00）进行后和步骤a）进行前包括：

a01）、采用酸溶液对上述步骤a00）得到的球磨碳化物粉末进行除杂，并经过洗涤、干燥处理后，得到步骤a）碳化物粉末，将由于在步骤a00）得到的球磨处理中，碳化物粉末中由于球磨介质和球磨机带入的金属杂质去除，确保碳化物粉末的纯净度。进一步优选地，步骤a01）具体包括：采用盐酸或硫酸溶液对球磨碳化物粉末进行酸洗除杂，并经过蒸馏水或去离子水反复洗涤，然后在80-200℃温度下干燥处理后，得到步骤a）碳化物粉末。

优选地，步骤a）中超声波分散时间为15-80min，步骤b）中混合时间为1-10h，碳化物粉末的平均粒径为0.1-1.5μm，进一步确保碳化物与钼粉混料前的高度分散性。更优选地，碳化物粉末的平均粒径为0.1-1μm。

优选地，混合料包括0.5-1.5wt%的碳化物粉末和98.5-99.5wt%的钼粉，进一步确保制备得到的碳化物强化钼合金的相关性能。

优选地，碳化物粉末选自HfC、ZrC、TaC、TiC中的一种或几种的混合。

在本发明实施例中，保护溶剂可以为无水乙醇，也可以为丙酮，具体优选地，保护溶剂为无水乙醇。

本发明实施例中涉及的压制、烧结工艺可采用传统工艺，压制可以是冷等静压或钢模压制，脱模后，压坯直接进行烧结，烧结设备可以是氢气或者真空或者是不与钼发生反应的惰性气体气氛炉。烧结后的烧结坯料经过机械加工或者高温塑性变形后再加工，可应用于多种领域。

本发明实施例采用超声波对碳化物进行分散处理，得到具有高分散性的碳化物粉末，将高分散性的碳化物粉末与钼粉进行混合得到分散均匀的混合料，然后将分散均匀的混合料进行压制、烧结，得到碳化物强化钼合金，本发明实施例有效改善了碳化物在钼粉中的分散均匀性，减少或避免碳化物相在钼合金中的颗粒团聚现象，确保碳化物强化钼合金的相关性能，本发明实施例技术方案简单，适合进行推广应用；进一步地，本发明实施例在对碳化物粉末超声波分散处理之前，还对碳化物粉末进行球磨预处理，有效细化碳化物颗粒粒径的同时，进一步提高碳化物在钼粉中的分散均匀性，进而进一步有效减少或避免碳化物在钼合金中的颗粒团聚现象；此外，考虑到碳化物粉末在球磨时可能引入包括铁等金属杂质，本发明实施例在进行超声波分散处理之前，还采用酸溶液对碳化物粉末进行除杂处理，确保碳化物粉末的纯净度。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

实施例1：Mo-HfC钼合金的制备，请参见图1所示的制备步骤框图。

a00）、称取200g平均粒径为2.5μm的初始HfC粉末，将初始HfC粉末放入高能球磨机内，以3kg钢球作为球磨介质，钢球为直径从1-6mm的混合体，在500ml无水乙醇（保护溶剂）中，对初始HfC粉末进行球磨处理，利用滤网将球磨后的HfC粉体和无水乙醇组成的混合浆料和钢球分离，利用滤纸过滤混合浆料中的无水乙醇，得到平均粒径为0.9μm的球磨HfC粉末；

a01）、采用10%HCl溶液对步骤a00）得到的球磨HfC粉末进行酸洗，并经过蒸馏水或去离子水反复洗涤、过滤去除残留的HCl溶液，最后将洗涤完毕的HfC粉放入烘箱，在150°温度下加热2h，完成烘干干燥，得到HfC粉末；

a）、称取80g步骤a01）得到的HfC粉末放入烧杯中，并加入200ml无水乙醇（保护溶剂），对HfC粉末进行20min超声波分散，得到HfC粉末分散液；

b）、称取10kg费氏粒度为3.0μm的钼粉，将钼粉倒入混料机混料桶内，将上述步骤a）得到的HfC粉末分散液倒入混料机混料桶内与钼粉混合6h，在空气中将无水乙醇挥发干净，得到由HfC粉末和钼粉组成的混合料；

c）、将上述步骤b）得到的混合料置于冷等静压机中，在180Mpa的压制压力下进行压制得到压坯，然后将压坯置于氢气气氛炉内，在温度维持在2000℃的条件下进行烧结6h，得到HfC强化钼合金烧结坯。

实施例2：Mo-ZrC钼合金的制备，请参见图1所示的制备步骤框图。

a00）、称取200g平均粒径为3μm的初始ZrC粉末，将初始ZrC粉末放入高能球磨机内，以3kg钢球作为球磨介质，钢球为直径从1-6mm的混合体，在500ml无水乙醇（保护溶剂）中，对初始ZrC粉末进行球磨处理，利用滤网将球磨后的ZrC粉体和无水乙醇组成的混合浆料和钢球分离，利用滤纸过滤混合浆料中的无水乙醇，得到平均粒径为1μm的球磨ZrC粉末；

a01）、采用10%HCl溶液对步骤a00）得到的球磨ZrC粉末进行酸洗，并经过蒸馏水或去离子水反复洗涤、过滤去除残留的HCl溶液，最后将洗涤完毕的ZrC粉放入烘箱，在150°温度下加热2h，完成烘干干燥，得到ZrC粉末；

a）、称取100g步骤a01）得到的ZrC粉末放入烧杯中，并加入200ml无水乙醇（保护溶剂），对ZrC粉末进行30min超声波分散，得到ZrC粉末分散液；

b）、称取10kg费氏粒度为3.0μm的钼粉，将钼粉倒入混料机混料桶内，将上述步骤a）得到的ZrC粉末分散液倒入混料机混料桶内与钼粉混合7h，在空气中将无水乙醇挥发干净，得到由ZrC粉末和钼粉组成的混合料；

c）、将上述步骤b）得到的混合料置于冷等静压机中，在180Mpa的压制压力下进行压制得到压坯，然后将压坯置于氢气气氛炉内，在温度维持在2000℃的条件下进行烧结6h，得到ZrC强化钼合金烧结坯。

实施例3：Mo-TaC钼合金的制备，请参见图1所示的制备步骤框图。

a00）、称取200g平均粒径为2μm的初始TaC粉末，将初始TaC粉末放入高能球磨机内，以3kg钢球作为球磨介质，钢球为直径从1-6mm的混合体，在500ml无水乙醇（保护溶剂）中，对初始TaC粉末进行球磨处理，利用滤网将球磨后的TaC粉体和无水乙醇组成的混合浆料和钢球分离，利用滤纸过滤混合浆料中的无水乙醇，得到平均粒径为0.5μm的球磨TaC粉末；

a01）、采用10%HCl溶液对步骤a00）得到的球磨TaC粉末进行酸洗，并经过蒸馏水或去离子水反复洗涤、过滤去除残留的HCl溶液，最后将洗涤完毕的TaC粉放入烘箱，在80°温度下加热3h，完成烘干干燥，得到TaC粉末；

a）、称取150g步骤a01）得到的TaC粉末放入烧杯中，并加入200ml无水乙醇（保护溶剂），对TaC粉末进行80min超声波分散，得到TaC粉末分散液；

b）、称取10kg费氏粒度为3.0μm的钼粉，将钼粉倒入混料机混料桶内，将上述步骤a）得到的TaC粉末分散液倒入混料机混料桶内与钼粉混合10h，在空气中将无水乙醇挥发干净，得到由TaC粉末和钼粉组成的混合料；

c）、将上述步骤b）得到的混合料置于冷等静压机中，在180Mpa的压制压力下进行压制得到压坯，然后将压坯置于氢气气氛炉内，在温度维持在2000℃的条件下进行烧结6h，得到TaC强化钼合金烧结坯。

实施例4：Mo-TiC钼合金的制备，请参见图1所示的制备步骤框图。

a00）、称取200g平均粒径为5μm的初始TiC粉末，将初始TiC粉末放入高能球磨机内，以3kg钢球作为球磨介质，钢球为直径从1-6mm的混合体，在500ml无水乙醇（保护溶剂）中，对初始TiC粉末进行球磨处理，利用滤网将球磨后的TiC粉体和无水乙醇组成的混合浆料和钢球分离，利用滤纸过滤混合浆料中的无水乙醇，得到平均粒径为1μm的球磨TiC粉末；

a01）、采用10%HCl溶液对步骤a00）得到的球磨TiC粉末进行酸洗，并经过蒸馏水或去离子水反复洗涤、过滤去除残留的HCl溶液，最后将洗涤完毕的TiC粉放入烘箱，在200°温度下加热1h，完成烘干干燥，得到TiC粉末；

a）、称取50g步骤a01）得到的TiC粉末放入烧杯中，并加入200ml无水乙醇（保护溶剂），对TiC粉末进行15min超声波分散，得到TiC粉末分散液；

b）、称取10kg费氏粒度为3.0μm的钼粉，将钼粉倒入混料机混料桶内，将上述步骤a）得到的TiC粉末分散液倒入混料机混料桶内与钼粉混合1h，在空气中将无水乙醇挥发干净，得到由TiC粉末和钼粉组成的混合料；

c）、将上述步骤b）得到的混合料置于冷等静压机中，在180Mpa的压制压力下进行压制得到压坯，然后将压坯置于氢气气氛炉内，在温度维持在2000℃的条件下进行烧结6h，得到TiC强化钼合金烧结坯。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims

1.一种碳化物强化钼合金的制备方法，其特征在于，其操作步骤包括：

2.如权利要求1所述的碳化物强化钼合金的制备方法，其特征在于，在所述的步骤a）进行前还包括：

3.如权利要求2所述的碳化物强化钼合金的制备方法，其特征在于，所述的步骤a00）具体包括：

4.如权利要求2所述的碳化物强化钼合金的制备方法，其特征在于，在所述的步骤a00）进行后和步骤a）进行前包括：

5.如权利要求4所述的碳化物强化钼合金的制备方法，其特征在于，所述的步骤a01）具体包括：

6.如权利要求1所述的碳化物强化钼合金的制备方法，其特征在于，步骤a）中所述的超声波分散时间为15-80min，步骤b）中所述的混合时间为1-10h，所述的碳化物粉末的平均粒径为0.1-1.5μm。

7.如权利要求1所述的碳化物强化钼合金的制备方法，其特征在于，所述的混合料包括0.5-1.5wt%的碳化物粉末和98.5-99.5wt%的钼粉。

8.如权利要求1所述的碳化物强化钼合金的制备方法，其特征在于，所述的碳化物粉末选自HfC、ZrC、TaC、TiC中的一种或几种的混合。

9.如权利要求1或2所述的碳化物强化钼合金的制备方法，其特征在于，所述的保护溶剂为无水乙醇。